五步輕松設計出電容式觸摸傳感器（4）:驗證設計和量產

在本系列文章的第3部分，我們介紹了家用電器和安全系統鍵盤的設計應用實例，并講解了如何配置MBR器件以實現這類應用產品所需的功能。在第4部分，我們將介紹利用MBR器件設計電容式感應系統的步驟4和5，即驗證和量產。

步驟4：驗證設計

設計藍圖在采取步驟2中的建議后應轉化為初始原型。當原型電路板準備就緒，要在進入量產之前需要對電路板設計進行測試，以防有需要修改的地方。

為了讓原型符合量產要求，需要使其滿足一系列標準指標。通常，依照這些標準來驗證設計方案并非易事。為輔助原型的測試和驗證工作，電容式感應技術廠商提供了用戶友好型工具，例如賽普拉斯的設計工具套件。

設計工具套件可用于確定電路板設計是否已做好量產準備。傳感器原始數據以及原始數據中的噪聲等參數的實際值被饋送至工具套件中。如果工具測定設計不夠好，會針對如何解決所發現的任何問題而提供建議。根據工具套件給出的修改建議，您可能必須重新制作電路板，也可能僅需調整參數而不用重新制作電路板。這樣，驗證工具能夠幫助您避免出現一些可能會造成高成本的設計疏漏。

步驟5：量產

完成原型的評估并敲定最終設計方案以后，接下來是最后一步——量產。這一步驟有兩個主要階段。

1.配置

2.測試

配置：

如前所述，因為要對MBR器件進行配置，所以無需編程。MBR器件的配置方法分兩種，取決于其是否有非易失性存儲器。

1.有非易失性存儲器的MBR器件：

具有非易失性存儲器的MBR器件能簡化主機側的配置。可以使用第三方編程器來配置器件。進行配置時的第一步是使用MBR器件廠商或其合作伙伴提供的工具來獲得設計的配置文件。第三方編程器可以使用該配置文件對大量器件進行快速配置。此外，第三方編程器能夠驗證MBR器件是否已正確配置。以下是由賽普拉斯EZ-Click定制工具生成的配置文件范例。

圖16：EZ-Click生成的范例配置文件

2.沒有非易失性存儲器的MBR器件：

如果MBR器件沒有非易失性存儲器，就不能使用第三方編程器。主機處理器將需要在每次加電時對MBR器件進行配置，然后驗證該配置。這會增加主機側的開銷。

主機可通過兩種方法來配置MBR器件。

a.使用MBR器件廠商提供的高級API來配置和驗證器件。

b.使用配置工具生成的完整寄存器映射內容。.h文件包含寄存器映射內容。以下是由EZ-Click生成的此類文件范例：

圖17：EZ-Click生成的寄存器映射.h樣本文件

生產線測試：

任何即將上市的產品都必須在生產階段接受測試。任何電容式感應系統都要經過三項重要測試，以驗證其可靠性。

1.當傳感器短接接地或VDD短接，或者無效值連接到用于電容感應測量的外部組件時，電容感應操作就會中斷。電容式感應設計中的一些常見故障包括：

● 按鍵VDD短接

● 按鍵短接接地

● 按鍵對按鍵短接

● 按鍵斷開

● Sigma-Delta調制器外部組件中的故障，例如：

○ 調制電容器(Cmod)

這些診斷可用于在電容式感應器件中實現故障防護功能，以防止按鍵錯誤導致的安全問題。例如，白色家電、汽車和工業電子應用等都需要按鍵故障診斷功能來確保安全運行。

2.電容式感應傳感器的SNR(信噪比)。為實現高穩健性電容式感應，所有傳感器的SNR都應高于最低SNR要求。

3.電容式傳感器的寄生電容應在有效工作范圍內。

用于配置器件的軟件工具不僅能簡化器件配置，還能簡化生產線測試。生產線測試中驗證系統所需的所有關鍵數據都能通過該工具獲得。下圖給出了在EZ-Click中生產線測試結果的視圖。每個測試樣本的數據都可存入CSV文件，并可在其它工具中打開，以便于檢查眾多樣本的生產線測試結果。

圖18：EZ-Click工具中的系統診斷選項卡

結論：

本系列文章介紹了采用電容式觸摸按鍵替代機械按鍵的系統設計。賽普拉斯的電容式感應解決方案產品組合能提供專門針對機械按鍵替代(MBR)的器件。這些MBR器件甚至可以讓不具備固件開發知識的機械工程師輕松地將他們的用戶界面設計升級為電容式觸摸按鍵系統。

逐步法通常有助于工程師更好地理解設計流程。這個五步驟實現方案能幫助設計人員充分了解電容式按鍵系統設計所需的升級流程。